Родилась Катарина в 1861 году в Eylau в Восточной Пруссии (ныне Россия - Калининград), после переезда в Берлин усиленно занимается изучением живописи и в скором времени становится самой известной "цветочницей" Германии. Однако ее картины не были широко и радушно восприняты критиками, посчитавшими, что она просто не дотягивает до уровня коммерческого художника.
В настоящее время сохранилось очень малое количество ее полотен, поэтому судить о ее творчестве и стиле мы можем только на основе открыток, календарей и плакатов, которые печатались по мотивам ее работ. Некоторые из картин были уничтожены во время Второй мировой войны, некоторые разошлись по частным коллекциям, и еще больше их существует неидентифицированных.
Catharina Klein оказалась одной из очень немногих художниц, которые наряду с мужчинами зарабатывали себе на жизнь своими работами, используя весь свой талант и мастерство. Примечательным в ее творчестве является не то, что она писала свои работы с натуры, как и многие другие художники, а то, что многие из изображенных ею сортов цветов более не существуют - таким образом, сама не осознавая, Катарина Кляйн создала своеобразную коллекцию, которая имеет большую ботаническую ценность.
Ее работы, как правило, имеют подпись "C.Klein", но существуют и неподписанные образцы, которые нетрудно опознать из-за неповторимого стиля Катарины.
Умерла Катарина в 1929 году в Берлине.